JP4412188B2 - Concrete pillar and its construction method - Google Patents

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本発明はコンクリート柱及びその構築方法に関し、特に設計基準強度が100[N/mm2]を超える高強度コンクリートを用いたコンクリート柱及びその構築方法に関する。 The present invention relates to a concrete column and a construction method thereof, and more particularly to a concrete column using high-strength concrete having a design standard strength exceeding 100 [N / mm 2 ] and a construction method thereof.

近年、建築物の高層化や長期利用に伴い、高強度コンクリートが広く用いられている。高強度コンクリートは、超高層や高層建築物の下層階の構造体として長期の供用が期待できるので、高い耐久性を有する構造物に用いられる。特に、ここ数年、建築物の高層化がすすみ設計基準強度が100[N/mm2]を超える、いわゆる超高強度コンクリートも実際の建築物の構造体に利用され始めている。
しかし、高強度コンクリートは含水率が少ないため、火災などにより激しく加熱されると爆発的に破裂する爆裂現象を起こしやすい。そこで、爆裂現象を防止するため、超高強度コンクリートからなるコアコンクリートの周囲に、前記高強度コンクリートより設計基準強度の低いかぶりコンクリートを配置する鉄筋コンクリート柱の構築方法が開示されている。(例えば、特許文献1参照)
特開2004―232233号公報
In recent years, high-strength concrete has been widely used with the rise of buildings and long-term use. High-strength concrete can be expected to be used for a long period of time as a structure on the lower floors of super-high-rise buildings and high-rise buildings, and is therefore used for structures with high durability. In particular, the so-called ultra-high-strength concrete, in which the height of the building has been increased and the design standard strength exceeds 100 [N / mm 2 ] has been used for the actual building structure in recent years.
However, since high-strength concrete has a low moisture content, it tends to cause an explosion phenomenon that explodes when heated violently by a fire or the like. Therefore, in order to prevent the explosion phenomenon, a method for constructing a reinforced concrete column in which a cover concrete having a design strength lower than that of the high-strength concrete is arranged around the core concrete made of ultra-high-strength concrete is disclosed. (For example, see Patent Document 1)
JP 2004-232233 A

しかしながら、設計基準強度が100[N/mm2]を超える高強度コンクリートは最大圧縮強度時の歪度を超えるような変形を受けると脆性破壊を起こす。このため、設計基準強度が100[N/mm2]を超える高強度コンクリートを用いた鉄筋コンクリート柱に最大圧縮強度時の歪度を超えた変形が加わると、せん断補強筋よりも外側のかぶりコンクリートは脆性破壊を起こし剥離してしまう。その結果、コンクリートの設計基準強度と鉄筋の降伏を考慮して定められる柱断面の曲げ終局強度に達する以前に、かぶりコンクリートが圧縮力を負担できなくなってしまい、コンクリート柱の強度が低下してしまう。 However, high-strength concrete having a design standard strength exceeding 100 [N / mm 2 ] causes brittle fracture when subjected to deformation exceeding the strain at the maximum compressive strength. For this reason, if deformation exceeding the degree of distortion at the maximum compressive strength is applied to a reinforced concrete column using high-strength concrete with a design standard strength exceeding 100 [N / mm 2 ], the cover concrete outside the shear reinforcement will be It causes brittle fracture and peels off. As a result, before reaching the ultimate bending strength of the column cross section determined in consideration of the concrete design standard strength and the yield of the reinforcing bars, the cover concrete can no longer bear the compressive force, and the strength of the concrete column will decrease. .

そこで、本発明の目的は、設計基準強度が100[N/mm2]以上の高強度コンクリートを用いつつ、かぶりコンクリートが脆性破壊や剥離をおこさず、強度の低下が起こらないコンクリート柱を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a concrete column in which the covering concrete does not cause brittle fracture or peeling and does not cause a decrease in strength while using high-strength concrete having a design standard strength of 100 [N / mm 2 ] or more. That is.

本発明のコンクリート柱は、設計基準強度が100[N/mm2]以上高強度コンクリートからなるコアコンクリートの周囲に、設計基準強度が40[N/mm2]以上、かつ、100[N/mm2]以下であるとともに、前記コアコンクリートの設計基準強度との差が80[N/mm 2 ]以下であるコンクリートからなるかぶりコンクリートを前記コアコンクリートと一体に設けたことを特徴とする。ここで、前記かぶりコンクリートがプレキャストコンクリート型枠であることが望ましい。 Concrete pole of the present invention, the periphery of the core concrete design strength consists 100 [N / mm 2] or more high strength concrete, design strength is 40 [N / mm 2] or more, and, 100 [N / together mm 2] or less, wherein the difference between the design strength of the core concrete provided 80 [N / mm 2] the concrete cover consisting of at which the concrete to the core concrete and integral. Here, the cover concrete is preferably a precast concrete formwork.

上記の発明によれば、100[N/mm2]以下のコンクリートは最大圧縮強度時の歪度を超える変形を受けても脆性破壊を起こさず、かぶりコンクリートが剥離しないため、強度低下が起こらず安定した荷重―歪み関係を得られる。 According to the above invention, the concrete of 100 [N / mm 2 ] or less does not cause brittle fracture even when subjected to deformation exceeding the strain at the maximum compressive strength, and the covering concrete does not peel off, so that the strength does not decrease. A stable load-strain relationship can be obtained.

また、本発明は、以上のコンクリート柱の構築方法であって、設計基準強度が40[N/mm2]以上、かつ、100[N/mm2]以下であるとともに、前記コアコンクリートの設計基準強度との差が80[N/mm 2 ]以下であるコンクリートからなるプレキャストコンクリート型枠を設置し、前記プレキャストコンクリート型枠内に、設計基準強度が100[N/mm2]以上、かつ、200[N/mm2]以下の高強度コンクリートを打設し、前記プレキャストコンクリート型枠を残置することを特徴とするコンクリート柱の構築方法も含むものとする。
また、本発明のコンクリート柱は、最大圧縮応力時歪度が3000[μ]以上の高強度コンクリートからなるコアコンクリートの周囲に、最大圧縮応力時歪度が3000[μ]以下であるとともに、設計基準強度が40[N/mm 2 ]以上、かつ、前記コアコンクリートの設計基準強度との差が80[N/mm 2 ]以下であるコンクリートからなるかぶりコンクリートを前記コアコンクリートと一体に設けたことを特徴とする。
なお、本発明におけるコンクリート柱とは、鉄筋コンクリート柱、鉄筋鉄骨コンクリート柱、又は鉄骨コンクリート柱の何れかを意味するものとする。
In addition, the present invention is a method for constructing a concrete column as described above, and has a design standard strength of 40 [N / mm 2 ] or more and 100 [N / mm 2 ] or less , and the design standard of the core concrete. A precast concrete formwork made of concrete having a difference from the strength of 80 [N / mm 2 ] or less is installed, and the design standard strength is 100 [N / mm 2 ] or more in the precast concrete formwork, and 200 [N / mm 2 ] The following high-strength concrete is placed, and the precast concrete formwork is left, and a concrete column construction method is also included.
The concrete column of the present invention has a maximum compressive stress strain of 3000 [μ] or less around a core concrete made of high strength concrete having a maximum compressive stress strain of 3000 [μ] or more. Cover concrete made of concrete having a standard strength of 40 [N / mm 2 ] or more and a difference from the design standard strength of the core concrete of 80 [N / mm 2 ] or less is provided integrally with the core concrete. It is characterized by.
In addition, the concrete pillar in this invention shall mean either a reinforced concrete pillar, a reinforced steel concrete pillar, or a steel concrete pillar.

コンクリート柱において、せん断補強筋の外側のかぶりコンクリートの脆性破壊を防止できるため、強度の低下が起こらず安定した荷重―歪み関係が得られる。   In concrete columns, brittle fracture of the cover concrete outside the shear reinforcement can be prevented, so that a stable load-strain relationship can be obtained without a decrease in strength.

まず、本発明に用いるコンクリートの性質について説明する。コンクリートの圧縮応力度σ−歪度εの関係を表す近似式として式(1)に示すPopovics式などが広く用いられている。
ここで、S=σ/Fc、X=ε/ε0、nは実験により得られる定数、σは圧縮応力度、Fcは設計基準強度、εは圧縮歪度、ε0は最大圧縮歪度を示す。
First, the properties of the concrete used in the present invention will be described. As an approximate expression representing the relationship between the compressive stress degree σ-strain degree ε of concrete, the Popovics equation shown in the equation (1) is widely used.
Here, S = σ / Fc, X = ε / ε 0 , n is a constant obtained by experiment, σ is the compressive stress, Fc is the design reference strength, ε is the compressive strain, and ε 0 is the maximum compressive strain. Show.

また、図1には、「建設省総合技術開発プロジェクト 鉄筋コンクリート造建築物の超軽量・超高層化技術の開発」(以下NewRCという)が提案する最大圧縮応力度CσBと最大圧縮応力時の圧縮歪度CεB(最大圧縮応力時歪度という)との関係を表すグラフを示す。これにより、設計基準強度Fcと最大圧縮強度CσBが等しいとすれば、前記のNewRCが提案する最大圧縮強度CσBと最大圧縮応力時歪度CεBとの関係より、所望の設計基準強度Fcにおける最大圧縮応力時歪度CεBが求まり、最大圧縮応力時歪度CεBと最大圧縮歪度ε0が等しいとすれば、式(1)より各設計基準強度Fcにおける応力度σ−歪度εの関係が求められる。 Fig. 1 also shows the maximum compressive stress C σ B and maximum compressive stress proposed by the Ministry of Construction Comprehensive Technology Development Project, Development of Ultralight and High-rise Technology for Reinforced Concrete Buildings (hereinafter referred to as NewRC). The graph showing the relationship with the compressive strain C ε B (referred to as the maximum compressive stress strain) is shown. Thus, if equal design strength Fc and the maximum compressive strength C sigma B, the relationship between the maximum compressive strength C sigma B and the maximum compressive stress at skewness C epsilon B wherein the NewRC proposes, desired design If the maximum compressive stress strain C ε B at the reference strength Fc is obtained, and the maximum compressive stress strain C ε B is equal to the maximum compressive strain ε 0, the stress at each design reference strength Fc is obtained from the equation (1). A relationship of degree σ-strain degree ε is obtained.

ここで、上記の計算により求めた応力度σ−歪度εの関係が、実際のコンクリートの応力度σ−歪度εの関係と等しいかどうかを検討するため行った実験について説明する。この実験では、設計基準強度Fcが55[N/mm2]、80[N/mm2]、90[N/mm2]、140[N/mm2]のコンクリート部材について、圧縮強度試験により調べた応力度σ−歪度εの関係と、上記の計算により求めた応力度σ−歪度εの関係とを比較した。図2〜図5はそれぞれ設計基準強度が55[N/mm2]、80[N/mm2]、90[N/mm2]、140[N/mm2]のコンクリート部材における、実験及び上記の計算により得られた応力度σ−歪度ε曲線を示すグラフである。 Here, an experiment conducted for examining whether the relationship of the stress degree σ-strain degree ε obtained by the above calculation is equal to the actual stress degree σ-strain degree ε relationship of concrete will be described. In this experiment, concrete members having design standard strengths Fc of 55 [N / mm 2 ], 80 [N / mm 2 ], 90 [N / mm 2 ], and 140 [N / mm 2 ] were examined by a compressive strength test. The relationship of the stress degree σ-strain degree ε was compared with the relationship of the stress degree σ-strain degree ε obtained by the above calculation. 2 to 5 show the experiment and the above in concrete members having design standard strengths of 55 [N / mm 2 ], 80 [N / mm 2 ], 90 [N / mm 2 ], and 140 [N / mm 2 ], respectively. It is a graph which shows the stress degree (sigma) -strain degree (epsilon) curve obtained by calculation.

図2に示すように、設計基準強度Fcが55[N/mm2]のコンクリート部材では、実験を行った全ての圧縮歪度εで、実験結果の応力度σは上記の計算方法により得られた応力度σとほぼ等しい値となる。これにより、実験を行った圧縮歪度εの範囲内ならば、上記の計算方法により得られた応力度σを負担できることがわかる。 As shown in FIG. 2, in the concrete member having the design standard strength Fc of 55 [N / mm 2 ], the stress degree σ of the experimental result is obtained by the above calculation method at all the compressive strain degrees ε. The value is almost equal to the stress level σ. As a result, it can be understood that the stress degree σ obtained by the above calculation method can be borne within the range of the compressive strain ε in which the experiment was performed.

また、設計基準強度Fcが80[N/mm2]、90[N/mm2]のコンクリート部材の場合は、図3及び図4に示すように、圧縮歪度εが最大圧縮応力時歪度CεB以下ならば、実験結果の応力度σと計算により得られた応力度σはほぼ等しい。そして、圧縮歪度εが最大圧縮応力時歪度CεBを超えると、実験結果の応力度σは計算により得られた応力度σよりも大きい値となる。これにより、実験を行った全ての圧縮歪度εにおいて計算により求めた応力度σあるいはそれ以上の応力度σを負担できることがわかる。 In the case of a concrete member having a design standard strength Fc of 80 [N / mm 2 ] or 90 [N / mm 2 ], as shown in FIGS. 3 and 4, the compressive strain ε is the maximum compressive stress strain. If C ε B or less, the stress level σ of the experimental result and the stress level σ obtained by the calculation are almost equal. When the compressive strain ε exceeds the maximum compressive stress strain C ε B , the stress σ of the experimental result is larger than the stress σ obtained by calculation. As a result, it can be seen that the stress degree σ obtained by calculation or a stress degree σ greater than that can be borne by all the compressive strain degrees ε in which the experiment was performed.

しかし、設計基準強度Fcが140[N/mm2]の高強度コンクリートを用いたコンクリート部材の場合は、図5に示すように、圧縮歪度εが最大圧縮応力時歪度CεB以下の範囲では、実験結果の応力度σと計算により得られた応力度σはほぼ等しいものの、圧縮歪度εが最大圧縮応力時歪度CεBを超えると0[N/mm2]となってしまう。これはコンクリート部材が脆性破壊を起こしてしまうためであり、圧縮歪度εが最大圧縮応力時歪度CεB以上の場合は、圧縮応力度σを全く負担できなくなることがわかる。なお、この時の最大圧縮応力時歪度CεBは約3000[μ]である。 However, in the case of a concrete member using high-strength concrete having a design standard strength Fc of 140 [N / mm 2 ], the compressive strain ε is not more than the maximum compressive stress strain C ε B as shown in FIG. In the range, although the stress value σ of the experimental result and the stress value σ obtained by the calculation are substantially equal, when the compressive strain ε exceeds the maximum compressive stress strain C ε B , it becomes 0 [N / mm 2 ]. End up. This is because the concrete member causes brittle fracture, and it can be seen that when the compressive strain ε is equal to or greater than the maximum compressive stress strain C ε B , the compressive stress σ cannot be borne at all. The maximum compressive stress strain C ε B at this time is about 3000 [μ].

上記の実験により、以下のコンクリートの性質がわかった。設計基準強度Fcが100[N/mm2]以下のコンクリート部材は、圧縮歪度εが最大圧縮応力時歪度CεB以下の場合は、計算により求めた値とほぼ等しい応力度σを負担できる。また、圧縮歪度εが最大圧縮応力時歪度CεBを超えても、計算により求めた応力度σあるいはそれ以上の応力度σを負担できる。しかし、設計基準強度Fcが100[N/mm2]以上のコンクリート部材は、圧縮歪度εが最大圧縮応力時歪度CεB(=約3000[μ])を超えると、脆性破壊を起こしてしまうため圧縮応力度σを全く負担できない。 The above experiments revealed the following properties of concrete. A concrete member having a design standard strength Fc of 100 [N / mm 2 ] or less bears a stress degree σ that is almost equal to the value obtained by calculation when the compressive strain ε is less than the maximum compressive stress strain C ε B. it can. Even if the compressive strain ε exceeds the maximum compressive stress strain C ε B , the stress σ obtained by calculation or a stress σ greater than that can be borne. However, a concrete member having a design standard strength Fc of 100 [N / mm 2 ] or more causes brittle fracture when the compressive strain ε exceeds the maximum compressive stress strain C ε B (= approximately 3000 [μ]). Therefore, the compressive stress degree σ cannot be borne at all.

そこで本発明は、高強度コンクリートを用いたコンクリート柱1を以下のような構成としている。図6は本発明のコンクリート柱1の一部破断斜視図を示し、図7は鉄筋コンクリート柱1の水平断面図を示す。この鉄筋コンクリート柱1は中空角筒状のプレキャストコンクリート型枠である外殻プレキャストコンクリート管(以下外殻プレキャストという)20と、外殻プレキャスト20の中空部に打設されたコアコンクリート10とから構成される。外殻プレキャスト20は、設計基準強度が40[N/mm2]以上、かつ、100[N/mm2]以下のコンクリート21と、コンクリート21内部に埋設された複数本のせん断補強筋22とで構成される。また、コアコンクリート10は、設計基準強度が100[N/mm2]以上、かつ、200[N/mm2]以下の高強度コンクリート11と、この高強度コンクリート11に埋設された主筋12とで構成される。 Therefore, in the present invention, the concrete column 1 using high-strength concrete is configured as follows. FIG. 6 shows a partially broken perspective view of the concrete column 1 of the present invention, and FIG. 7 shows a horizontal sectional view of the reinforced concrete column 1. This reinforced concrete column 1 is composed of an outer shell precast concrete pipe (hereinafter referred to as outer shell precast) 20 which is a hollow rectangular tube-shaped precast concrete mold, and a core concrete 10 placed in a hollow portion of the outer shell precast 20. The The outer shell precast 20 includes a concrete 21 having a design standard strength of 40 [N / mm 2 ] or more and 100 [N / mm 2 ] or less, and a plurality of shear reinforcement bars 22 embedded in the concrete 21. Composed. The core concrete 10 includes a high strength concrete 11 having a design standard strength of 100 [N / mm 2 ] or more and 200 [N / mm 2 ] or less, and a main reinforcement 12 embedded in the high strength concrete 11. Composed.

鉄筋コンクリート柱1は、設計基準強度が40[N/mm2]以上、かつ、100[N/mm2]以下のコンクリート21からなる外殻プレキャスト20を建て込み、その内部に設計基準強度が100[N/mm2]以上、かつ、200[N/mm2]以下の高強度コンクリート11を打設し、外殻プレキャスト20をそのまま残置することで構築される。 The reinforced concrete column 1 is constructed with a precast 20 made of concrete 21 having a design standard strength of 40 [N / mm 2 ] or more and 100 [N / mm 2 ] or less, and a design standard strength of 100 [N / mm 2 ]. N / mm 2 ] or more and 200 [N / mm 2 ] or less high-strength concrete 11 is placed, and the outer shell precast 20 is left as it is.

次に、上記の構造により鉄筋コンクリート柱1の強度が向上する仕組みについて説明する。図8は、全断面に高強度コンクリートを打設した鉄筋コンクリート柱1の断面に曲げモーメントが働いている状況を示す図であり、断面内の全ての位置で歪度εが最大圧縮応力時歪度CεB(=3000[μ])未満である場合を示している。なお、図8(a)は鉄筋コンクリート柱の水平方向断面図であり、図8(b)はこの断面の軸方向の歪度分布を示す図であり、図8(c)は断面に働く応力度分布を示す図である。鉄筋コンクリート柱1の断面に曲げ応力が働く場合、変形前に平面であった断面は変形後にも平面であるとする平面保持の仮定を用いると、図8(b)に示すように、断面内で歪度が直線的に分布をすると仮定できる。このため、応力度σを受けている側の最外縁において歪度εは断面内で最大となる(この歪度εを最大圧縮歪度εmaxとする)。また、前述したコンクリートの応力度σ−歪度εの関係の計算を用いて、断面内の歪度分布から応力度分布を求めることができる。図8(c)に示すように、応力度分布を見ると全断面で応力を負担できることがわかる。 Next, a mechanism for improving the strength of the reinforced concrete column 1 by the above structure will be described. FIG. 8 is a diagram showing a situation in which a bending moment is acting on the cross section of the reinforced concrete column 1 in which high-strength concrete is cast on the entire cross section. It shows the case is less than C ε B (= 3000 [μ ]). 8A is a horizontal sectional view of a reinforced concrete column, FIG. 8B is a diagram showing an axial strain distribution of this cross section, and FIG. 8C is a stress degree acting on the cross section. It is a figure which shows distribution. When bending stress is applied to the cross section of the reinforced concrete column 1, if the assumption that the cross section that was a plane before the deformation is still a plane after the deformation is used, as shown in FIG. It can be assumed that the skewness has a linear distribution. Therefore, the strain ε is maximized in the cross section at the outermost edge on the side receiving the stress σ (this strain ε is defined as the maximum compressive strain ε max ). Further, the stress degree distribution can be obtained from the strain degree distribution in the cross section by using the above-described calculation of the relationship of the stress degree σ-strain degree ε of the concrete. As shown in FIG. 8C, it can be seen that stress can be borne in the entire cross section when the stress distribution is seen.

次に、断面に働く曲げ応力が増加し、断面の曲率が大きくなり、せん断補強筋外側のかぶりコンクリートの歪度が最大圧縮応力時歪度CεB(=3000[μ])を超える場合について説明する。図9(a)はせん断補強筋外側のかぶりコンクリートの歪度が最大圧縮応力時歪度CεB(=3000[μ])を超える場合の鉄筋コンクリート柱1の水平方向断面図であり、(b)はこの時の断面の歪度分布を示す図であり、(c)はこの時の断面に働く応力度分布を示す図である。かぶりコンクリートは、歪度εが最大圧縮応力時歪度CεB(=3000[μ])を超えると脆性破壊を起こし剥離してしまい、圧縮応力を負担することができない。そのため、図9(c)に示すように、歪度εが3000[μ]を超えているかぶりコンクリートの圧縮応力度は0[N/mm2]となり、コアコンクリートのみが応力度σを負担するため、鉄筋コンクリート柱の強度が低下してしまう。 Next, the bending stress acting on the cross section increases, the cross section curvature increases, and the degree of distortion of the cover concrete outside the shear reinforcement exceeds the maximum compressive stress strain C ε B (= 3000 [μ]). explain. FIG. 9A is a horizontal sectional view of the reinforced concrete column 1 when the degree of distortion of the cover concrete outside the shear reinforcement exceeds the strain C ε B (= 3000 [μ]) at the maximum compressive stress, (b ) Is a diagram showing the skewness distribution of the cross section at this time, and (c) is a diagram showing the stress degree distribution acting on the cross section at this time. If the degree of strain ε exceeds the maximum strain C ε B (= 3000 [μ]) at the time of compressive stress, the cover concrete peels due to brittle fracture and cannot bear the compressive stress. Therefore, as shown in FIG. 9 (c), the compressive stress degree of the cover concrete having the strain ε exceeding 3000 [μ] is 0 [N / mm 2 ], and only the core concrete bears the stress degree σ. For this reason, the strength of the reinforced concrete column is reduced.

次に、鉄筋コンクリート柱1の外殻プレキャストに、最大圧縮応力時歪度CεB(=3000[μ])を超える歪度を生じさせる曲げ応力がかかった場合について説明する。図10の(a)は最大圧縮応力時歪度CεB(=3000[μ])を超える歪度を生じさせる曲げ応力がかかった場合の鉄筋コンクリート柱1の水平方向断面図であり、(b)はこの時の断面の歪度分布を示す図であり、(c)は断面に働く応力度分布を示す図である。(b)に示すように、外殻プレキャストに最大圧縮応力時歪度CεB(=3000[μ])を超える歪度εを生じる部分があらわれても、外殻プレキャストは設計基準強度が100[N/mm2]以下のコンクリートからなるため脆性破壊が起こらない。このため、図10(c)に示すように、最大圧縮応力時歪度CεB(=3000[μ])を超える歪みを生じても、外殻プレキャストも応力を負担することができ、全断面に設計基準強度が100[N/mm2]以上のコンクリートを打設した鉄筋コンクリート柱に比べ強度が向上する。 Next, the case where the outer shell precast of the reinforced concrete column 1 is subjected to a bending stress that causes a strain exceeding the maximum compressive stress strain C ε B (= 3000 [μ]) will be described. (A) of FIG. 10 is a horizontal sectional view of the reinforced concrete column 1 when a bending stress causing a strain exceeding the maximum compressive stress strain C ε B (= 3000 [μ]) is applied, ) Is a diagram showing the skewness distribution of the cross section at this time, and (c) is a diagram showing the stress degree distribution acting on the cross section. As shown in (b), even if a portion of the outer shell precast that produces a strain ε exceeding the maximum compressive stress strain C ε B (= 3000 [μ]) appears, the outer shell precast has a design standard strength of 100. [N / mm 2 ] Brittle fracture does not occur because it is made of the following concrete. For this reason, as shown in FIG. 10C, even when a strain exceeding the maximum compressive stress strain C ε B (= 3000 [μ]) is generated, the outer shell precast can bear the stress. The strength is improved compared to a reinforced concrete column in which concrete with a design standard strength of 100 [N / mm 2 ] or more is placed on the cross section.

ただし、外殻プレキャストに用いるコンクリートの設計基準強度がコアコンクリートの設計基準強度よりも極端に低い場合は、全断面に前記コアコンクリートと等しい設計基準強度のコンクリートを打設した場合よりも、強度が低下してしまうことがある。これは、外殻プレキャストに極端に強度が低いコンクリートを用いてしまうと、脆性破壊を防ぐことで強度を向上させる効果よりも、強度が極端に低いコンクリートを用いたことにより強度が低下する効果が大きくなり、鉄筋コンクリート柱全体としてみた場合に強度が低下してしまうためである。   However, when the design standard strength of the concrete used for the outer shell precast is extremely lower than the design standard strength of the core concrete, the strength is higher than when concrete of the design standard strength equal to the core concrete is placed on the entire cross section. May fall. This is because the use of concrete with extremely low strength for the outer shell precast has the effect of lowering strength by using extremely low strength concrete than the effect of improving strength by preventing brittle fracture. This is because the strength becomes large when viewed as a whole reinforced concrete column.

そこで、外殻プレキャストに用いるコンクリートの設計基準強度を断面解析により検討した。表1は断面解析を行った鉄筋コンクリート柱の各種条件を示す表である。
Therefore, the design standard strength of the concrete used for the outer shell precast was examined by cross-sectional analysis. Table 1 is a table showing various conditions of reinforced concrete columns subjected to cross-sectional analysis.

表1に示すように、全断面の設計基準強度を120[N/mm2]とした場合(比較例)、コアコンクリートの設計基準強度を120[N/mm2]、外殻プレキャストの設計基準強度を80[N/mm2]とした場合(実施例1)、コアコンクリートの設計基準強度を120[N/mm2]、外殻プレキャストの設計基準強度を60[N/mm2]とした場合(実施例2)、コアコンクリートの設計基準強度を120[N/mm2]、外殻プレキャストの設計基準強度を40[N/mm2]とした場合(実施例3)について、断面解析を行い、各条件における断面の曲率とモーメントとの関係及び最大モーメントを求めた。なお、鉄筋コンクリート柱の断面は幅360[mm]×奥行き360[mm]、コアコンクリートは幅290[mm]×奥行き290[mm]、鉄筋はD19(SD685)、軸力は370[tonf]とした。 As shown in Table 1, when the design standard strength of all sections is 120 [N / mm 2 ] (comparative example), the design standard strength of core concrete is 120 [N / mm 2 ], and the design standard of outer shell precast When the strength is 80 [N / mm 2 ] (Example 1), the design standard strength of the core concrete is 120 [N / mm 2 ], and the design standard strength of the outer shell precast is 60 [N / mm 2 ]. In the case (Example 2), when the design standard strength of the core concrete is 120 [N / mm 2 ] and the design standard strength of the outer shell precast is 40 [N / mm 2 ] (Example 3), the cross-sectional analysis is performed. The relationship between the curvature of the cross section and the moment under each condition and the maximum moment were obtained. The cross section of the reinforced concrete column was 360 [mm] x 360 [mm] in depth, the core concrete was 290 [mm] x 290 [mm] in depth, the rebar was D19 (SD685), and the axial force was 370 [tonf]. .

得られた結果を図11及び表2に示す。図11は比較例及び実施例1〜3についての曲率とモーメントの関係を示すグラフであり、表2は各条件の最大モーメントを示す表である。
The obtained results are shown in FIG. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the curvature and moment for the comparative example and Examples 1 to 3, and Table 2 is a table showing the maximum moment of each condition.

図11に示すように、全断面に設計基準強度が120[N/mm2]の高強度コンクリートを打設した場合(比較例)は、曲率が増加するとそれに伴い負担するモーメントも増加する。しかし、曲率が0.00018程度を越えると、圧縮側最外縁より脆性破壊が生じる。さらに、曲率が大きくなると、脆性破壊が断面中立軸方向に進行し、かぶりコンクリートが剥離してしまい、圧縮応力を負担することができなくなるため負担するモーメントが低下する。そして、曲率が0.00021程度で、かぶりコンクリートが全て脆性破壊してしまう。曲率が0.00021程度を超えるとせん断補強筋内部は拘束されており、靭性を持つため、脆性破壊を起こさずに、徐々にモーメントは増加する。このように、全断面に設計基準強度が120[N/mm2]の高強度コンクリートを打設した場合は、非常に不安定な荷重―変形関係となる。なお、モーメントが最大になるのは脆性破壊を起こす直前であり、この時のモーメントは63[tonf-m]程度である。 As shown in FIG. 11, when high-strength concrete having a design standard strength of 120 [N / mm 2 ] is placed on the entire cross section (comparative example), the moment to be increased increases as the curvature increases. However, when the curvature exceeds about 0.00018, brittle fracture occurs from the outermost edge on the compression side. Further, when the curvature increases, brittle fracture proceeds in the direction of the neutral axis of the cross section, the cover concrete is peeled off, and the compressive stress cannot be borne, so the borne moment is reduced. And, the curvature is about 0.00021, and the cover concrete is all brittlely broken. If the curvature exceeds about 0.00021, the inside of the shear reinforcement is constrained and has toughness, so that the moment gradually increases without causing brittle fracture. Thus, when high-strength concrete with a design standard strength of 120 [N / mm 2 ] is placed on the entire cross section, the load-deformation relationship is very unstable. The moment is maximized immediately before brittle fracture occurs, and the moment at this time is about 63 [tonf-m].

これに対し、コアコンクリートには設計基準強度が120[N/mm2]のコンクリートを用い、外殻プレキャストには設計基準強度がそれぞれ40[N/mm2]、60[N/mm2]、80[N/mm2]のコンクリートを用いた場合(実施例1〜3)は、曲率を増加させ、最外縁の歪度が大きくなっても脆性破壊を起こさないため、曲率の増加とともにモーメントが増加していく。このように、実施例1〜3では脆性破壊が起こらず急激な荷重低下がないため、安定した荷重―変形関係が得られる。また、最大モーメントを比較すると実施例1では68[tonf-m]程度となり、比較例よりも大きくなる。また、実施例2は63[tonf-m]程度となり比較例と同程度の値となる。しかし、実施例3は58[tonf-m]程度と比較例を下回る。 On the other hand, concrete with a design standard strength of 120 [N / mm 2 ] is used for the core concrete, and design standard strengths of 40 [N / mm 2 ], 60 [N / mm 2 ] for the outer shell precast, When 80 [N / mm 2 ] concrete is used (Examples 1 to 3), the curvature is increased, and brittle fracture does not occur even when the outermost edge becomes large. Therefore, the moment increases as the curvature increases. It will increase. Thus, in Examples 1 to 3, since brittle fracture does not occur and there is no sudden load drop, a stable load-deformation relationship can be obtained. Further, when the maximum moment is compared, it is about 68 [tonf-m] in Example 1, which is larger than that in the comparative example. Moreover, Example 2 is about 63 [tonf-m], which is the same value as the comparative example. However, Example 3 is about 58 [tonf-m], which is lower than the comparative example.

このように、本検討に用いた実施例1〜3のコアコンクリートの設計基準強度と外殻プレキャストの設計基準強度の差はそれぞれ、40[N/mm2]、60[N/mm2]、80[N/mm2]であり、実施例1では強度の向上が見られるが、実施例2では比較例と同じ程度の強度であり、実施例3の場合は逆に強度が低下する結果となっている。 Thus, the difference between the design standard strength of the core concrete of Examples 1 to 3 used in this study and the design standard strength of the outer shell precast is 40 [N / mm 2 ], 60 [N / mm 2 ], respectively. 80 [N / mm 2 ], and the improvement in strength is seen in Example 1, but the strength in Example 2 is the same as that in the comparative example, and in the case of Example 3, the strength is reduced. It has become.

これらのことから、各種条件の違いによって異なるが、おおむねコアコンクリートの設計基準強度と外殻プレキャストの設計基準強度の差が60[N/mm2]以下ならば、全断面に同一の設計基準強度のコンクリートを打設した場合よりも強度が向上することがわかる。よって、コアコンクリートに設計基準強度が100[N/mm2]以上の高強度コンクリートを用いるので、外殻プレキャストに打設するコンクリートは設計基準強度が40[N/mm2]以上の設計基準強度である必要がある。また、荷重―変形関係に着目すると、全断面に設計基準強度が100[N/mm2]以上の高強度コンクリートを用いた場合は、コンクリート部材の最外縁の歪度が最大圧縮応力時歪度CεB(=3000[μ])を超えると急激に強度が低下する非常に不安定な荷重―変形関係であったが、本発明のコンクリート柱は、歪度が増加しても急激な強度の低下は起こらず、安定した荷重―変形関係が得られることがわかった。 For these reasons, although it depends on the difference in various conditions, if the difference between the design standard strength of the core concrete and the design standard strength of the outer shell precast is 60 [N / mm 2 ] or less, the same design standard strength is used for all sections. It can be seen that the strength is improved as compared with the case of placing concrete. Therefore, high strength concrete with a design standard strength of 100 [N / mm 2 ] or more is used for the core concrete, so that the concrete to be cast on the outer shell precast has a design standard strength of 40 [N / mm 2 ] or more. Need to be. Focusing on the load-deformation relationship, when high-strength concrete with a design standard strength of 100 [N / mm 2 ] or more is used for the entire cross-section, the degree of distortion at the outermost edge of the concrete member is the degree of strain at the maximum compressive stress. Although it was a very unstable load-deformation relationship in which the strength suddenly decreased when C ε B (= 3000 [μ]) was exceeded, the concrete column of the present invention has a rapid strength even when the strain increases. It was found that a stable load-deformation relationship could be obtained.

次に、上記の構成を持つ鉄筋コンクリート柱1について、強度が上がることを柱の曲げせん断実験により確認したので説明する。図12(a)は試験体の正面断面図であり、(b)は試験体の横断面図である。また、表3は試験体の各種条件を示す表である。図12に示すように、試験体30は鉄筋コンクリート柱1と鉄筋コンクリート柱1の上下端部に接合するスタブ32により構成され、鉄筋コンクリート柱1はスタブ32により固定支持されている。試験体上下より油圧ジャッキを用いて軸力を作用させながら、さらに、下スタブを固定した状態で、別の油圧ジャッキにより上スタブに水平方向に加力することで、試験体の鉄筋コンクリート柱1にせん断力及び逆対称モーメントを生じさせ、層間変形角を正負交互に段階的に大きくしていった。   Next, the reinforced concrete column 1 having the above configuration will be described because it has been confirmed by a column bending shear experiment that the strength is increased. FIG. 12A is a front sectional view of the test specimen, and FIG. 12B is a transverse sectional view of the specimen. Table 3 is a table showing various conditions of the specimen. As shown in FIG. 12, the test body 30 includes a reinforced concrete column 1 and a stub 32 joined to the upper and lower ends of the reinforced concrete column 1, and the reinforced concrete column 1 is fixedly supported by the stub 32. While applying the axial force from the top and bottom of the test body using a hydraulic jack and applying the horizontal force to the upper stub with another hydraulic jack while the lower stub is fixed, the reinforced concrete column 1 of the test body is applied. Shear force and anti-symmetric moment were generated, and the interlayer deformation angle was increased stepwise alternately.

本発明の実施例として、外殻プレキャストは設計基準強度が60[N/mm2]のコンクリートからなり、その内部に設計基準強度が120[N/mm2]の高強度コンクリートを打設した試験体(実施例)と、比較例として、柱の全断面に設計基準強度が120[N/mm2]の高強度コンクリートを打設した試験体(比較例)を用いた。なお、その他の条件については、表3に示すように等しい条件とした。 As an example of the present invention, the outer shell precast is made of concrete having a design standard strength of 60 [N / mm 2 ], and a high strength concrete having a design standard strength of 120 [N / mm 2 ] is placed therein. As a comparative example, a test body (comparative example) in which high-strength concrete having a design standard strength of 120 [N / mm 2 ] was placed on the entire cross section of the column was used. The other conditions were the same as shown in Table 3.

なお、表4は実験に用いた試験体の各部に用いたコンクリートの、実際の圧縮強度を示す表であり、比較例の柱全断面に用いた高強度コンクリートと実施例のコアコンクリートに用いた高強度コンクリートがほぼ同じ圧縮強度を持つことを確かめた。 In addition, Table 4 is a table | surface which shows the actual compressive strength of the concrete used for each part of the test body used for experiment, and was used for the high-strength concrete used for the column cross section of the comparative example, and the core concrete of an Example. It was confirmed that high-strength concrete has almost the same compressive strength.

図13は、比較例のせん断力と変形の履歴を示すグラフであり、図14は、実施例のせん断力と変形の履歴曲線を示すグラフである。図13に示すように、全断面に高強度コンクリートを打設した鉄筋コンクリート柱(比較例)は、層間変位が6.0[mm]に達するまでは、層間変位の増加とともにせん断力が増加していく。しかし、層間変位が6.0[mm]を超えると最外縁より脆性破壊が起こり、層間変位を増加させてもせん断力はほとんど変化しなかった。なお、この時のせん断力は、最外縁歪度が0.3%(=3000[μ])時の計算耐力とほぼ等しい値となった。   FIG. 13 is a graph showing the shear force and deformation history of the comparative example, and FIG. 14 is a graph showing the shear force and deformation history curve of the example. As shown in FIG. 13, in the reinforced concrete column (comparative example) in which high-strength concrete is placed on the entire cross section, the shear force increases as the interlayer displacement increases until the interlayer displacement reaches 6.0 [mm]. Go. However, when the interlayer displacement exceeded 6.0 [mm], brittle fracture occurred from the outermost edge, and the shear force hardly changed even when the interlayer displacement was increased. The shearing force at this time was a value almost equal to the calculated yield strength when the outermost edge distortion was 0.3% (= 3000 [μ]).

これに対して、実施例は、外殻プレキャストに設計基準強度が100[N/mm2]以下のコンクリートを用いているため、脆性破壊することがない。このため、実施例では、図14に示すように、層間変位が6.0[mm]を超えても荷重―変形関係は不安定になることがなく、層間変位の増加に合わせてせん断力が増加する安定した荷重―変形関係が得られた。また、最大せん断力を比較すると、比較例の最大せん断強度は1313[kN]であるが、実施例の最大せん断強度は1429[kN]であり、せん断強度が向上されていることがわかる。 On the other hand, in the example, since the concrete with a design standard strength of 100 [N / mm 2 ] or less is used for the outer shell precast, there is no brittle fracture. For this reason, in the embodiment, as shown in FIG. 14, even when the interlayer displacement exceeds 6.0 [mm], the load-deformation relationship does not become unstable, and the shear force increases with the increase of the interlayer displacement. Increasing stable load-deformation relationship was obtained. When the maximum shear force is compared, the maximum shear strength of the comparative example is 1313 [kN], but the maximum shear strength of the example is 1429 [kN], which indicates that the shear strength is improved.

また、図15は、層間変位が5.4[mm]、10.8[mm]、21.6[mm]の状態における比較例及び実施例の鉄筋コンクリート柱の破損状況を示す図である。実線は鉄筋コンクリート柱に生じた亀裂を示し、着色した部分は脆性破壊を起こし剥離してしまった部分を示している。図15に示すように、層間変位が5.4[mm]、10.8[mm]、21.6[mm]の全ての場合において、実施例は比較例に比べて亀裂や剥離が少ない。このことからも、実施例は脆性破壊を抑止できるため、鉄筋コンクリート柱の強度が向上することがわかる。   FIG. 15 is a diagram showing a damage situation of the reinforced concrete columns of the comparative example and the example when the interlayer displacement is 5.4 [mm], 10.8 [mm], and 21.6 [mm]. The solid line shows the cracks that occurred in the reinforced concrete columns, and the colored parts show the parts that have undergone brittle fracture and have peeled off. As shown in FIG. 15, in all cases where the interlayer displacement is 5.4 [mm], 10.8 [mm], and 21.6 [mm], the example has fewer cracks and peeling than the comparative example. From this, it can be seen that the strength of the reinforced concrete column is improved because the embodiment can suppress brittle fracture.

以上の実験により、設計基準強度が100[N/mm2]以上のコンクリートからなるコアコンクリート周囲に、設計基準強度が40[N/mm2]以上、100[N/mm2]以下のコンクリートからなる外殻プレキャストを配置した鉄筋コンクリート柱は、かぶりコンクリートの脆性破壊を減らすことができるため、全断面に設計基準強度が100[N/mm2]以上のコンクリートからなる鉄筋コンクリート柱に比べ、せん断強度及び曲げ強度を向上でき、また、安定した荷重―変形関係が得られることが確認できた。 Based on the above experiment, around the core concrete made of concrete having a design standard strength of 100 [N / mm 2 ] or more, from concrete having a design standard strength of 40 [N / mm 2 ] or more and 100 [N / mm 2 ] or less. Reinforced concrete columns with outer shell precasts can reduce the brittle fracture of cover concrete, so that the shear strength and strength of the reinforced concrete columns with the design standard strength of 100 [N / mm 2 ] or more in all sections are higher. It was confirmed that the bending strength could be improved and a stable load-deformation relationship could be obtained.

なお、上記実施形態では、本発明が鉄筋コンクリート柱に適用された場合について説明したが、これに限らず、鉄筋鉄骨コンクリート柱、又は鉄骨コンクリート柱にも適用することができる。   In addition, although the said embodiment demonstrated the case where this invention was applied to the reinforced concrete pillar, it can apply not only to this but to a reinforced steel concrete pillar or a steel concrete pillar.

New RCが提案する最大圧縮応力度σ0と最大圧縮応力度の時の圧縮歪度εとの関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the maximum compressive stress degree σ 0 proposed by New RC and the compressive strain degree ε 1 at the maximum compressive stress degree. 設計基準強度Fcが55[N/mm2]のコンクリート部材の、実験及び計算により求めた応力度σ−歪度ε曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the stress degree (sigma) -strain degree (epsilon) curve calculated | required by experiment and calculation of the concrete member whose design reference | standard intensity | strength Fc is 55 [N / mm < 2 >]. 設計基準強度Fcが80[N/mm2]のコンクリート部材の、実験及び計算により求めた応力度σ−歪度ε曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the stress degree (sigma) -strain degree (epsilon) curve calculated | required by experiment and calculation of the concrete member whose design reference | standard intensity | strength Fc is 80 [N / mm < 2 >]. 設計基準強度Fcが90[N/mm2]のコンクリート部材の、実験及び計算により求めた応力度σ−歪度ε曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the stress degree (sigma) -strain degree (epsilon) curve calculated | required by experiment and calculation of the concrete member whose design reference | standard intensity | strength Fc is 90 [N / mm < 2 >]. 設計基準強度Fcが140[N/mm2]のコンクリート部材の、実験及び計算により求めた応力度σ−歪度ε曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the stress degree (sigma) -strain degree (epsilon) curve calculated | required by experiment and calculation of the concrete member whose design reference | standard intensity | strength Fc is 140 [N / mm < 2 >]. 本発明のコンクリート柱の一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view of the concrete pillar of this invention. 本発明のコンクリート柱の水平断面図である。It is a horizontal sectional view of the concrete pillar of the present invention. (a)は全断面に高強度コンクリートを打設した柱の水平方向断面図であり、(b)はこの断面の歪度εの分布を示す図であり、(c)は断面に働く応力度σの分布を示す図である。(A) is a horizontal cross-sectional view of a column in which high-strength concrete is cast on the entire cross section, (b) is a diagram showing the distribution of strain ε of this cross section, and (c) is the stress acting on the cross section. It is a figure which shows distribution of (sigma). (a)は全断面に高強度コンクリートを打設した柱の水平方向断面図であり、(b)はこの断面の歪度εの分布を示す図であり、(c)は断面に働く応力度σの分布を示す図である。(A) is a horizontal cross-sectional view of a column in which high-strength concrete is cast on the entire cross section, (b) is a diagram showing the distribution of strain ε of this cross section, and (c) is the stress acting on the cross section. It is a figure which shows distribution of (sigma). (a)は本発明の鉄筋コンクリート柱の水平方向断面図であり、(b)はこの断面の歪度εの分布を示す図であり、(c)は断面に働く応力度σの分布を示す図である。(A) is a horizontal direction sectional view of the reinforced concrete column of the present invention, (b) is a diagram showing the distribution of strain ε of this section, (c) is a diagram showing the distribution of stress σ acting on the section It is. 断面解析により求めた比較例及び実施例1〜3についての曲率とモーメントの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the curvature and moment about the comparative example and Examples 1-3 which were calculated | required by cross-sectional analysis. (a)は柱の曲げせん断実験の試験体の正面断面図であり、(b)は側面方向の断面図である。(A) is front sectional drawing of the test body of the column bending shear experiment, (b) is sectional drawing of a side surface direction. 比較例のせん断力と変形の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the shear force of a comparative example, and a deformation | transformation. 実施例のせん断力と変形の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the shear force of an Example, and a deformation | transformation. 比較例及び実施例の破損状況を示す図である。It is a figure which shows the damage condition of a comparative example and an Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 鉄筋コンクリート柱
10 コアコンクリート
11 高強度コンクリート
12 主筋
20 外殻プレキャストコンクリート管(プレキャストコンクリート型枠)
21 コンクリート
22 せん断補強筋
1 Reinforced concrete pillar 10 Core concrete 11 High-strength concrete 12 Main reinforcement 20 Outer shell precast concrete pipe (precast concrete formwork)
21 Concrete 22 Shear reinforcement

Claims (4)

設計基準強度が100[N/mm2]以上高強度コンクリートからなるコアコンクリートの周囲に、
設計基準強度が40[N/mm2]以上、かつ、100[N/mm2]以下であるとともに、前記コアコンクリートの設計基準強度との差が80[N/mm 2 ]以下であるコンクリートからなるかぶりコンクリートを前記コアコンクリートと一体に設けたことを特徴とするコンクリート柱。
Around the core concrete design strength consists 100 [N / mm 2] or more high-strength concrete,
A concrete having a design standard strength of 40 [N / mm 2 ] or more and 100 [N / mm 2 ] or less and a difference from the design standard strength of the core concrete of 80 [N / mm 2 ] or less. A concrete column comprising a cover concrete formed integrally with the core concrete.
前記かぶりコンクリートがプレキャストコンクリート型枠であることを特徴とする請求項1記載のコンクリート柱。   The concrete column according to claim 1, wherein the cover concrete is a precast concrete formwork. 請求項2記載のコンクリート柱の構築方法であって、設計基準強度が40[N/mm2]以上、かつ、100[N/mm2]以下であるとともに、前記コアコンクリートの設計基準強度との差が80[N/mm 2 ]以下であるコンクリートからなるプレキャストコンクリート型枠を設置し、前記プレキャストコンクリート型枠内に、設計基準強度が100[N/mm2]以上、かつ、200[N/mm2]以下の高強度コンクリートを打設し、前記プレキャストコンクリート型枠を残置することを特徴とするコンクリート柱の構築方法。 3. The method for constructing a concrete column according to claim 2, wherein the design standard strength is 40 [N / mm 2 ] or more and 100 [N / mm 2 ] or less , and the design standard strength of the core concrete is A precast concrete formwork made of concrete having a difference of 80 [N / mm 2 ] or less is installed, and the design standard strength is 100 [N / mm 2 ] or more and 200 [N / mm] in the precast concrete formwork. mm 2 ] A method for constructing a concrete column, wherein the following high-strength concrete is cast and the precast concrete formwork is left behind. 最大圧縮応力時歪度が3000[μ]以上の高強度コンクリートからなるコアコンクリートの周囲に、Around the core concrete made of high-strength concrete with maximum compressive stress strain of 3000 [μ] or more,
最大圧縮応力時歪度が3000[μ]以下であるとともに、設計基準強度が40[N/mmMaximum compressive stress distortion is 3000 [μ] or less and design standard strength is 40 [N / mm 22 ]以上、かつ、前記コアコンクリートの設計基準強度との差が80[N/mm] And the difference from the design standard strength of the core concrete is 80 [N / mm] 22 ]以下であるコンクリートからなるかぶりコンクリートを前記コアコンクリートと一体に設けたことを特徴とするコンクリート柱。] A concrete column characterized in that a cover concrete made of the following concrete is provided integrally with the core concrete.
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